第十章+有机酸(修改稿).ppt

1、第十章 有机酸,讲师： 第二军医大学,学习目标, 掌握羧酸的结构、分类、命名及理化性质。 熟悉羟基酸和酮酸的结构、分类、命名及理化性质。 了解重要的羧酸、羟基酸和酮酸在医学中的意义。,第一节 羧酸,一、羧酸的结构、分类和命名 （一） 羧酸的结构 羧酸可以看作是烃分子中的氢原子被羧基取代后生成的化合物。羧基（或）是羧酸的官能团。一元羧酸的结构通式可表示为：,（二）羧酸的分类和命名 1. 羧酸的分类 根据羧酸分子中烃基的结构不同，将其分为脂肪酸、脂环酸和芳香酸；脂肪酸又分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸； 根据羧酸分子中所含羧基的数目，也可将其分为一元羧酸和多元羧酸。,2. 羧酸的命名 羧酸的系统命名法

2、与醛的命名相似，只需相应地将“醛”字改成“酸”字。 （1）饱和脂肪酸的命名,丁酸 3，4-二甲基己酸,（2）不饱和脂肪酸的命名,CH3（CH2）7CH,CH（CH2）7COOH,4-甲基-2-戊烯酸,9-十八碳烯酸,（3）脂环酸和芳香酸的命名,3-苯基丙烯酸,3-环己基丙酸,环己基甲酸,（4）二元羧酸的命名,HOOCCH2COOH,丙二酸 丁二酸 丁烯二酸,HOOCCH2CH2COOH,HOOCCH = CHCOOH,2-甲基-4-乙基己二酸,二、羧酸的性质 （一）物理性质 饱和一元脂肪酸中，甲酸、乙酸、丙酸具有强烈刺激性气味的液体；含49个碳原子的羧酸具有不愉快气味的油状液体；含10个碳原子

3、以上的羧酸是无味蜡状的固体；脂肪族二元羧酸和芳香族羧酸都是结晶性固体。一元脂肪族羧酸随碳原子数增加，水溶性降低，低级羧酸可与水混溶，高级一元羧酸不溶于水，但能溶于有机溶剂；多元羧酸的水溶性大于相同碳原子的一元羧酸。羧酸的沸点高于分子量相近的醇。饱和脂肪酸的熔点随着分子中碳原子数的增加呈锯齿形变化，含偶数碳原子的羧酸其熔点比其相邻的两个含奇数碳原子羧酸的熔点高。,（二）化学性质 羧酸的化学性质主要表现在羟基的酸性、羟基的取代、脱羧反应等。,脱羧反应,羟基的氢氧键断裂呈酸性,羟基被取代生成羧酸衍生物,1. 羧酸的酸性 羧酸在水中即可解离出质子而显酸性，所以羧酸可与碱作用成盐。,羧酸的酸性强于碳酸，

4、它能分解碳酸盐和碳酸氢盐，放出二氧化碳。,羧酸、碳酸、酚和醇的酸性顺序为：,由于苯酚的酸性比碳酸弱，故NaHCO3可用于羧酸与苯酚的鉴别。,2. 脱羧反应 羧酸分子脱去羧基放出CO2的反应叫做脱羧反应。 除甲酸外，一元羧酸通常较稳定，直接加热时难以脱羧，但在特殊条件下，可脱羧生成少一个碳原子的烃。,二元羧酸比一元羧酸容易脱羧，如乙二酸、丙二酸很容易脱羧，乙二酸脱羧反应式如下：,在生物体内，脱羧反应是在脱羧酶的作用下进行的。脱羧反应是人体产生CO2的主要代谢反应。,3. 羧酸中羟基被取代的反应 羧酸分子中羧基上的羟基被其他原子或原子团取代生成的化合物称为羧酸衍生物。如：羧酸酯、酰卤、酸酐、酰胺等

5、。 羧酸分子中去掉羧基上的羟基后剩余的基团（RCO-）称为酰基。,羧酸,酰基,（1）酯化反应 酸与醇发生分子间脱水生成酯的反应称为酯化反应。,羧酸与醇的酯化反应是可逆的，而且反应速率很慢，需用强酸作催化剂。例如：,乙酸 乙醇 乙酸乙酯,（2）生成酰卤 羧酸分子中羧基上的羟基被卤素原子取代生成的化合物叫做酰卤。羧酸（除甲酸外）能与三卤化磷、五卤化磷或亚硫酰氯（SOCl2）反应，生成相应的酰卤。,（3）生成酸酐 一元羧酸（除甲酸外）与脱水剂(如P2O5)共热时，两分子羧酸可脱去一分子水，生成酸酐。,二元羧酸可发生分子内脱水生成环酸酐，如丁二酸脱水可生成丁二酸酐，邻苯二甲酸脱水可生成邻苯二甲酸酐。,

6、酸酐,（4）生成酰胺 羧酸分子中羧基上的羟基被氨基（NH2）取代生成的化合物叫做酰胺。在羧酸中通入氨气或加入碳酸铵得到羧酸的铵盐，铵盐加热后分子内失水即可生成酰胺。,羧酸 羧酸铵 酰胺,三、重要的羧酸 （一）甲酸 HCOOH 甲酸最初是从蚂蚁体内发现的，故俗称蚁酸。甲酸是无色有刺激性的液体，沸点100.5，与水混溶。甲酸的腐蚀性很强，其溶液在医药上可作消毒剂或防腐剂，还可用来治疗风湿病。,甲酸的结构比较特殊，分子中的羧基与氢原子相连，既具有羧基的结构又有醛基的结构，因而，甲酸既有羧酸的性质又有醛的某些性质，例如，甲酸具有较强的酸性，且其酸性强于其他羧酸；甲酸还具有还原性，能与托伦试剂发生银镜反

7、应。,（二）乙酸 CH3COOH 乙酸是食醋的主要成分，俗名醋酸，食醋中约含有6%8%的乙酸。乙酸为无色有刺激性气味的液体，易溶于水，熔点16.6，沸点118。乙酸在16.6以下能凝结成冰状固体，所以常将无水乙酸称为冰醋酸。 乙酸是是重要的化工原料，可以合成许多有机物及药物，例如醋酸纤维、乙酐、乙酸乙酯、醋酸地塞米松等。 医学上常用乙酸稀溶液作为消毒和防腐剂；利用其蒸气来对空气消毒，可预防流感。,（三）乙二酸 HOOCCOOH 乙二酸俗称草酸，是无色晶体，常以盐的形式存在于草本植物中。草酸的熔点189，加热到150即可分解生成甲酸及二氧化碳。 二元羧酸的酸性比一元羧酸强，草酸的酸性比其他二元羧

8、酸强，草酸具有还原性，在分析化学中常用来标定KMnO4溶液的浓度。 草酸很容易与钙离子结合生成溶解度非常小的草酸钙(COO)2Ca，草酸钙不易消化和吸收。因此日常饮食中，应注意避免同时食用含这两种化合物的食物，如菠菜与豆腐。,（四）苯甲酸,苯甲酸俗称安息香酸，是最简单的芳香酸，为白色鳞片状或针状的有光泽的晶体，熔点121.7，微溶于水，受热易升华。 苯甲酸有抑菌、防腐作用，苯甲酸及其钠盐常作防腐剂，还可作治疗癣病的外用药。,（五）丁二酸,因最初由蒸馏琥珀而得到，故丁二酸又称琥珀酸。 丁二酸为无色晶体，溶于水，微溶于有机溶剂，是体内物质代谢中三羧酸循环的中间产物。丁二酸有抗痉挛、祛痰及利尿作用。

9、 医药工业中可用它生产磺胺药、抗痉挛剂、松痰剂、利尿剂和止血药物。丁二酸还是食品酸味剂，用于酒、饲料、糖果等的调味。,（六）丁烯二酸,丁烯二酸有顺式和反式两种立体异构体（见第十一章第一节）。反丁烯二酸最早从延胡索（一种中药，罂粟科紫堇属多年生草本植物，有镇痛、镇静、催眠作用）中获得，故反丁烯二酸又称延胡索酸。延胡索酸是体内物质代谢中三羧酸循环的中间产物。,一、羟基酸和酮酸的结构和命名,第二节 羟基酸和酮酸,羧酸分子中烃基上的氢原子被其他官能团取代后的化合物称为取代羧酸。羟基酸和酮酸是常见的取代羧酸，它们普遍存在于在生物体中。取代羧酸分子中既含有羧基又含有其他官能团，具有羧基和其他官能团的一些典

10、型性质，并且由于官能团之间的相互影响，使其还具有一些特殊的性质。,（一）羟基酸的结构、分类和命名 羧酸分子中烃基上的氢原子被羟基取代后生成的化合物叫做羟基酸。根据羟基所连的烃基不同，可分为醇酸和酚酸。羟基连接在脂肪烃基上的羟基酸叫醇酸，如乳酸、苹果酸等；羟基连接在芳环上的羟基酸叫酚酸，如水杨酸等。羟基酸的命名是以羧酸为母体，羟基作为取代基，用希腊字母 等注明羟基的位置。由于许多羟基酸源于天然产物，因此多用俗名。,-羟基丙酸（乳酸） 羟基丁二酸（苹果酸） 2，3-二羟基丁二酸（酒石酸）,邻羟基苯甲酸（水杨酸）,3，4，5-三羟基苯甲酸（没食子酸）,（二）酮酸的结构和命名 分子中含有羧基和酮基两种

11、官能团的化合物称为酮酸。 酮酸的命名是以羧酸为母体，选择包括羧基和酮基在内的最长碳链作为主链，称为“某酮酸”，并用希腊字母 等注明酮基的位置；或简单称为“某酰某酸”。,丙酮酸 -丁酮酸 -丁酮酸（乙酰乙酸）,-酮丁二酸（草酰乙酸） -酮戊二酸,二、羟基酸和酮酸的性质 （一）物理性质 醇酸一般是粘稠的液体或晶体，易溶于水，其溶解度通常大于相应的脂肪酸；醇酸不易挥发，在常压下蒸馏时会发生分解。酚酸大多为晶体，其熔点比相应的芳香酸高。有些酚酸易溶于水，如没食子酸；有的微溶于水，如水杨酸。 酮酸一般为无色液体，易溶于水。,（二）化学性质 1. 酸性 羟基酸及酮酸分子均含有羧基，因此都有酸性，能与碱反应

12、生成盐。 在醇酸中，羟基能增强羧酸的酸性，故-羟基丙酸的酸性比丙酸的酸性强；在酚酸中，羟基使羧基的酸性减弱，故邻羟基苯甲酸的酸性比苯甲酸的酸性弱。酮酸的酸性强于与相应的醇酸，更强于相应的羧酸。,2. 氧化反应及还原反应 （1）羟基酸氧化生成酮酸 生物体在代谢过程中产生羟基酸，它们在酶作用下发生脱氢氧化，生成酮酸。,-羟基丁酸 -丁酮酸,苹果酸 草酰乙酸,（2）酮酸还原生成羟基酸,丙酮酸 乳酸,3. 脱羧反应,酮酸与稀硫酸共热时发生脱羧反应，主要产物是少一个碳原子的醛；-酮酸更易脱羧，稍微受热时便发生脱羧反应，生成酮并放出CO2。,酚酸对热不稳定，加热到200220时，易脱羧而生成苯酚和二氧化碳

13、。,4醇酸的脱水反应 羟基酸受热时发生分子内脱水反应，生成不饱和酸。,此外，-羟基酸受热时发生分子间的酯化反应，生成环状交酯；-羟基酸发生分子内的酯化反应，生成环状内酯。,5酚酸的显色反应 酚酸中含有酚羟基，能与FeCl3发生显色反应。例如，FeCl3与水杨酸反应显紫色。,三、重要的羟基酸和酮酸 （一）乳酸,乳酸存在于酸牛奶中，也是肌肉中糖原的代谢产物。纯净的乳酸是无色或淡黄色粘稠液体，熔点18，有强吸水性，可溶于水、乙醇和乙醚。乳酸的用途较广，其钙盐用作治疗佝偻病等缺钙症，钠盐用作解除酸中毒的药物。,（二）羟基丁酸,-羟基丁酸是无色晶体，熔点4950，吸湿性强，一般为粘稠状，易溶于水、乙醇和

14、乙醚，不溶于苯。-羟基丁酸是人体内脂肪酸代谢的中间产物。,（三）酒石酸,酒石酸的化学名称为2，3-二羟基丁二酸，存在于各种水果中，葡萄中含量较多。从自然界得到的酒石酸是无色晶体，熔点170，易溶于水。酒石酸锑钾用于治疗血吸虫病，酒石酸钾钠用于配制斐林试剂。,（四）柠檬酸,柠檬酸的化学名称为3-羟基-3-羧基戊二酸，存在于柑桔类果实中。为无色透明晶体，熔点153，易溶于水、乙醇和乙醚。柠檬酸是物质代谢中三羧酸循环的起始物。柠檬酸常用于配制饮料，其钠盐为抗血凝药，柠檬酸铁铵是常用的补血剂，可用于治疗儿童缺铁性贫血。,（五）水杨酸,水杨酸的化学名称为邻羟基苯甲酸，又名柳酸，主要存在于柳树或水杨树皮中

15、。为白色针状结晶，熔点159，微溶于水，易溶于乙醇和乙醚中。水杨酸的钠盐有抑制结核菌的作用。水杨酸与乙酸酐发生酰化反应生成乙酰水杨酸，商品名为阿斯匹林，是常用的解热镇痛药。,水杨酸 乙酸酐 乙酰水杨酸,（六）丙酮酸,丙酮酸是无色具有刺激性臭味的液体，沸点167，能与水混溶，酸性强于丙酸及乳酸。它是人体糖、脂肪和蛋白质代谢的重要中间产物，在人体酶的催化作用下，可还原为乳酸，也可以脱羧为乙醛。,（七）乙酰乙酸,乙酰乙酸的化学名称为-丁酮酸，是无色粘稠液体，不稳定，容易脱羧生成丙酮，也能还原为-羟基丁酸。-丁酮酸、-羟基丁酸及丙酮三者合称为酮体，是脂肪在人体内不完全氧化的中间产物。正常情况下，人体血

16、液中酮体的含量很少（0.8 mg/100 mL5 mg/100 mL），每昼夜从尿中排出约40 mg酮体。饥饿、糖尿病等可使血液中酮体的含量增加，导致血液的pH下降引起酸中毒。,第三节 对映异构,某些有机化合物结构式相同，但立体构型不同，叫做立体异构体。例如乳酸分子存在着两个不同立体构型 。,一、手性分子与对映异构,观察这两个乳酸分子的立体构型可以发现，它们互为镜像而又不同重叠，就像人的左右手一样，这样的分子称为手性分子。手性分子中往往有一个碳原子上连有四个完全不同的原子或原子团，这样的碳原子称为手性碳原子。,实物与其镜像不能重叠的分子称为手性分子。含手性碳原子的分子一般为手性分子。 互为镜像

17、且不能相互重叠的立体异构体称对映异构体，简称对映体。手性分子均有对映体。乳酸分子中存在一对对映体。,二、对映异构体的旋光性,（一）偏振光,让自然光通过尼科尔棱镜，得到的是只在某一个平面内振动的光，这种光称做平面偏振光，简称偏振光。,（二）旋光性,化合物能使偏振光旋转的性质称为旋光性。具有旋光性的物质称为旋光物质。手性分子都具有旋光性，所以对映异构又称旋光异构。一对对映体使偏振光旋转的方向相反：一个使偏振光左旋，称左旋体，用（）表示；另一个使偏振光右旋，称右旋体，用（+）表示。如乳酸的一对对映体可表示为（+）-乳酸和（）-乳酸。,三、对映异构体的表示方法,（一）费歇尔投影式 对映异构体的构型常用

18、费歇尔投影式表示。投影方法是：主链直立，编号最小的碳原子在最上端；横键伸向纸平面前方，竖键向后；用十字交叉表示手性碳原子。乳酸的一对对映体可如下表示：,（二）D-和L-构型标记法,人们规定，在甘油醛构型中，羟基在右侧的为D型，羟基在左侧的为L型。实验测得：D型甘油醛为右旋体，L型甘油醛为左旋的，所以，甘油醛的对映体的构型可标记如下：,D-（+）-甘油醛 L-（）甘油醛,以甘油醛的构型标记为标准，D/L构型标记法可规定如下：手性碳原子的横键上所连原子或原子团中，较大基团在右侧的称D型，较大基团在左侧的称L型。,D-（）-乳酸 L-（+）-乳酸,三、含多个手性碳原子的分子的对映异构,与是一对对映体，与是另一对对映体。与或与是非对映体。对映体和非对映体